Способ дистанционного обнаружения вещества

Изобретение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования веществ. Техническим результатом является увеличение дальности дистанционного обнаружения искомого вещества. Способ основан на дистанционном обнаружении вещества с использованием дистанционного возбуждения электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе и с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, при этом возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции. 1 ил.

 

Техническое решение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявляемых для исследования партий веществ.

Известен наиболее близкий к заявляемому способ дистанционного обнаружения вещества с кристаллической структурой, в котором применяется дистанционное возбуждение магнитного резонанса в веществе электромагнитной волной на частоте, присущей именно данному веществу. Затем по отклику (например, сигнала ЭХО) вещества на той же частоте его обнаруживают. При дистанционном возбуждении магнитного резонанса одной из основных проблем является увеличение дальности вещества от источника излучения электромагнитной волны и/или снижения мощности излучаемой электромагнитной волны [Гречишкин В.Д., Синявский Н.Я. Локальный ЯКР в твердых телах. Успехи физических наук, 1993, т.163, № 10].

В указанном способе дистанционного обнаружения вещество облучают электромагнитным сигналом на частоте магнитного резонанса именно этого вещества, затем принимают сигнал отклика на частоте магнитного резонанса вещества и по наличию отклика на этой частоте делают заключение о наличии именно данного вещества.

Потенциальные возможности известного способа обнаружения с использованием дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе электромагнитной волной ограничены дальностью от излучателя, на которой уровень энергии излучения электромагнитного сигнала достаточен для возбуждения резонанса в веществе и последующего получения сигнала отклика.

Это ограничение обусловлено тем, что частота магнитного резонанса в кристаллических веществах составляет обычно единицы мегагерц (т.е. длина волны сигнала ЭХО порядка сотни метров). При таких длинах волн для реального излучателя размером несколько десятков сантиметров обеспечивается режим ближней зоны излучения, где эффективность излучения крайне низка. Поэтому в устройстве, реализующем описанный выше способ обнаружения вещества, максимальная достигнутая дальность обнаружения вещества составляет 40-60 см.

Задачей заявляемого технического решения является увеличение дальности дистанционного обнаружения искомого вещества.

Это достигается тем, что применяемый способ дистанционного обнаружения вещества с использованием дистанционного возбуждения магнитного резонанса электромагнитной волной в веществе с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, отличается тем, что возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса, подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый электромагнитный сигнал по поляризации с частотой магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции.

Сущность заявляемого способа поясняется на примере устройства, реализующего этот способ. Функциональная схема этого устройства представлена на чертеже.

Устройство, реализующее предлагаемый способ дистанционного обнаружения вещества, содержит передающую антенну 1, вход которой подключен к выходу передатчика 2. На один из входов передатчика 2 включен выход генератора 3 импульсов, на его другой вход подключен выход синтезатора 4, другой выход которого подключен к входу генератора 3 импульсов. Устройство имеет также приемную антенну 5, выход которой включен на вход приемника 6, выход которого подключен к входу накопителя 7. На входы приемника 6 и накопителя 7 с выхода синтезатора 4 подано опорное напряжение.

Работает устройство следующим образом.

Импульсы с частотой заполнения ω₁ и (ω₁-ω), формируемой в синтезаторе 4, поступают на передатчик 3 и излучаются передающей антенной 1, выполненной, например, в виде рупорной антенны, сигнал на которую поступает с круглого волновода, на который в свою очередь с передатчика 3 подаются две ортогональные (по поляризации) составляющие, одна - на частоте ω₁, а другая - на частоте (ω₁-ω), в результате чего излучаемая антенной 1 волна будет модулирована по поляризации с частотой магнитного резонанса ω.

Исследуемое вещество 8, облученное электромагнитной волной, содержащей составляющую на частоте магнитного резонанса ω, возбуждается и по окончании импульса облучения излучает сигнал отклика на этой же частоте. Сигнал отклика принимается приемной антенной 5, содержащей четыре ферритовых стержня диаметром 8 мм длиной 138 мм, при этом на стержни намотаны катушки индуктивности, содержащие по 20 витков и соединенные параллельно.

Сигнал с приемной антенны 5 поступает на приемник 6, на который поступает также опорное напряжение, запирающее приемник на время излучения импульсов. С выхода приемника 6 сигнал поступает на накопитель 7, что позволяет увеличить дальность от приемной антенны до вещества в 2-3 раза. На накопитель 7 поступает также опорное напряжение, обеспечивающее синхронизацию накапливаемых импульсов.

В случае модуляции по поляризации излучаемого сигнала с частотой ω, равной частоте магнитного резонанса вещества, при частоте излучаемого сигнала ω₁>>ω, вектор напряженности магнитного поля излучаемого электромагнитного сигнала содержит составляющую

Исследуемое вещество 8 будет активно взаимодействовать с магнитным полем на частоте ω [Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Основы квантовой электроники, СПб, СПб - ГТУ, 2001 г.].

Таким образом, излучаемый электромагнитный сигнал, модулированный по поляризации с частотой магнитного резонанса, возбуждает магнитный резонанс в веществе. Поскольку частота ω₁ может быть выбрана достаточно высокой ω₁>>ω, то в этом случае реализации передающая антенна 1 может быть осуществлена, например, с помощью техники антенн сверхвысоких частот (СВЧ), на которую модулированный по поляризации сигнал поступает из круглого волновода, на который в свою очередь поступают две линейно поляризованные ортогональные волны и частоты которых равны соответственно ω₁ и (ω₁-ω).

Переход на частоту возбуждающего излучения в диапазоне СВЧ позволяет обеспечить “дальнюю зону” для излучаемого электромагнитного сигнала уже при дальности в несколько десятков сантиметров. В результате на расстояниях порядка нескольких метров от излучателя обеспечивается уровень электромагнитного излучения, достаточный для возбуждения резонанса в веществе, что обеспечивает достижение поставленной цели - увеличения дальности обнаружения вещества. Прием сигнала отклика вещества осуществляется на частоте модуляции поляризации электромагнитной волны.

Способ дистанционного обнаружения вещества с использованием дистанционного возбуждения электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе и с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, отличающийся тем, что возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции.